我國實現石墨烯外差混頻探測開啟太赫茲立體成像大門

石墨烯和太赫茲，一個是面向未來的新材料，一個是面向未來的新技術，兩者貌似不搭茬。不過，最近它們“碰撞”在一起，產生了絢麗的“火花”。

7月13日，從中國電子科技集團公司獲悉，科研人員成功將石墨烯太赫茲探測器的工作頻率提高至650GHz，在國際上首次實現石墨烯外差混頻探測，開啟了太赫茲立體成像世界的大門。

作為電磁波家族中最神秘的存在，太赫茲波被譽為改變未來世界的十大技術之一。這種頻率介于0.1THz到10THz之間的電磁波，具有較低光子能量，較高穿透能力，在安檢成像、雷達、通信、天文、大氣觀測和生物醫學等眾多技術領域有廣闊應用前景。然而要實現該技術的廣泛應用，必須運用新材料、研發新技術予以突破。

為此，中國電科13所專用集成電路國家級重點實驗室與中科院蘇州納米所、納米器件與應用重點實驗室開展深度合作，運用石墨烯材料，成功研制了可在室溫環境下工作的低阻抗高靈敏度石墨烯太赫茲探測器，其工作頻率和靈敏度均達到了同類探測器中的最高水平。

此次合作中，13所團隊主要任務是提高石墨烯材料的遷移率，縮小器件的柵長，提升探測器的探測頻率和靈敏度。該所技術專家蔚翠博士介紹，制作石墨烯材料過程中，研究人員采取了“熱解法”，將碳化硅晶體加熱到1600攝氏度，蒸發掉表面的硅原子，通過重新排布剩下的碳原子來獲取。這種方法獲得的晶圓級石墨烯不但均勻性更好，層數、電學性能都更有保障，未來產業化能力更強。

制作柵長為納米級的探測器，對技術團隊的器件結構設計和關鍵工藝都提出了極高要求。中國電科太赫茲專業領域首席專家馮志紅博士帶領團隊，自主研發出一整套低損傷、自對準探測器件工藝流程，成功制備了100納米柵長的石墨烯太赫茲探測器，并大幅提高了探測器的工作頻率和靈敏度。

由此，該探測器的成像能力得到了顯著提升。13所技術專家梁士雄博士表示，如果說以往探測設備獲取太赫茲圖像是在“拍照”，這種新的探測技術實現了實時“攝像”，而且效果更好、精度更佳，應用前景也更加寬廣。